WO2024012839A1 - Verfahren zum quantifizieren einer nukleinsäurelösung und mikrofluidische analysevorrichtung - Google Patents

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WO2024012839A1
WO2024012839A1 PCT/EP2023/066940 EP2023066940W WO2024012839A1 WO 2024012839 A1 WO2024012839 A1 WO 2024012839A1 EP 2023066940 W EP2023066940 W EP 2023066940W WO 2024012839 A1 WO2024012839 A1 WO 2024012839A1
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fluorescence
local maximum
function
nucleic acid
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PCT/EP2023/066940
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Franz Laermer
Samir KADIC
Hannah Bott
Christian GRUMAZ
Sebastian PILSL
Anne HOFFMANN
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/5308—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for analytes not provided for elsewhere, e.g. nucleic acids, uric acid, worms, mites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • G01N33/582—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with fluorescent label

Definitions

  • the present invention relates to a method for quantifying a solution which contains at least one nucleic acid.
  • the present invention also relates to a microfluidic analysis device which is set up to carry out the steps of the method.
  • a defined amount of the fluorescent dye whose emission increases significantly after intercalation or binding of nucleic acids, is added to the DNA solution to be measured, and the fluorescence intensity is then measured.
  • fluorescent dyes are ethidium bromide, propidium iodide, DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole), cyanine dyes or cyanine-based dyes.
  • the measured value is compared with a similarly measured standard and the previously unknown amount of DNA is determined.
  • the maximum and minimum amount of DNA that can be detected using the method is previously defined.
  • EP 3 266 880 A1 describes a fluorescence-based quantification of a target nucleic acid using a data set of a quantitative amplification of reference samples and a data set of a quantitative amplification of the target nucleic acid.
  • a reference table is created from the data set of the reference samples, which is used to quantify the target nucleic acid.
  • the data sets each describe a curve that is fitted with a sigmoidal function.
  • the first solution is first diluted with a second solution which contains at least one intercalating fluorescent dye.
  • An intecalating fluorescent dye is understood to mean, in particular, a fluorescent dye whose emission increases after intercalation or binding of nucleic acids.
  • Fluorescent dyes used can in particular be ethidium bromide, propidium iodide, DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole), cyanine dyes or cyanine-based dyes. This not only reduces the concentration of the nucleic acid in the first solution, but also brings it into contact with the fluorescent dye so that it can intercalate or bind into the nucleic acid.
  • Mechanisms that lead to such behavior can be: stiffening of the molecular structure due to binding to the nucleic acid framework, resulting in less vibration relaxation and higher fluorescence quantum yields and/or charge induction and stronger polarization through coupling to nucleic acids (negatively charged nucleic bases), resulting in higher dipole moments for optical Transitions resulting in stronger absorption and fluorescence (higher transition matrix elements) are induced.
  • a fluorescence measurement is then carried out on the first solution in order to obtain a fluorescence signal. The steps of diluting and carrying out the fluorescence measurement are repeated several times, with the number of repetitions being predetermined. After each dilution, a fluorescence measurement is carried out on a less concentrated solution of the nucleic acid. Since the concentration of the nucleic acid is not yet known, The fluorescence signals obtained cannot yet be assigned to concentrations of the nucleic acid, but initially only to dilution levels.
  • the fluorescence signals are plotted over a dilution of the first solution.
  • a first dilution stage, a second dilution stage and so on are plotted on the abscissa, while the fluorescence intensities assigned to the respective dilution stage are plotted on the ordinate.
  • a function is then fitted to the fluorescence signals. This function can in particular be sigmoidal, polynomial, exponential/potential or logarithmic functions.
  • a local maximum of the function or a local maximum of a first derivative of the function is determined. In particular, the local maximum that is closest to the highest dilution level should be selected. This is referred to below as the relevant local maximum.
  • a concentration of the nucleic acid is then determined from a fluorescence signal that lies before the local maximum, in particular before the relevant local maximum.
  • “Before” means that the dilution level of the fluorescence signal used to determine the concentration is higher than the dilution level of the local maximum. The determination can be carried out in particular by comparison with an equally measured standard.
  • This method allows intrinsic control over which dilution level is optimal for quantification in the linear range of the relationship between nucleic acid concentration and fluorescence intensity.
  • the occurrence of a local maximum, in particular a relevant local maximum, of the function serves as an indicator to recognize that the linear range is being left.
  • the method is therefore suitable for quantifying a solution containing a nucleic acid in an automated, in particular microfluidic system, in which manual dilution and subsequent re-measurement of the solution is not possible. This goal could not be achieved in a simpler manner by setting a maximum fluorescence intensity above which departure from the linear range can be assumed, since it is due to Interference from some fluorescent dyes, for example fluorophores, could lead to lower measured values.
  • the steps of diluting and carrying out the fluorescence measurement are preferably each repeated at least four times. This ensures that sufficient fluorescence signals are available to fit the function and to find a measured value below the local maximum that is suitable for determining the concentration.
  • the concentration is preferably determined from a fluorescence signal which is at least two dilution levels before the local maximum, in particular before the relevant local maximum.
  • a further preferably determination of the concentration can also be carried out at the dilution stage which is closest to the point with the highest positive slope before the local maximum, in particular before the relevant local maximum.
  • the local maximum of the function in particular the relevant local maximum, is determined from a first derivative of the function.
  • the local maximum of the first derivative of the function, in particular the relevant local maximum is determined from the second derivative of the function.
  • all measured fluorescence signals are in the range of a linear relationship between the nucleic acid concentration and the fluorescence intensity.
  • concentration is determined from the fluorescence signal from the first implementation of the fluorescence measurement, since the first solution is the least diluted in this measurement.
  • the method can be used to operate a microfluidic analysis device that is set up to carry out the steps of the method.
  • the microfluidic analysis device has, on the one hand, structural means in order to be able to carry out the steps of diluting and carrying out the fluorescence measurement repeatedly.
  • it has means for applying the fluorescence signals over the dilution of the first solution, for fitting a function to the fluorescence signals, for determining a local maximum of the function and for assigning a concentration of the nucleic acid from the fluorescence signal that lies before the local maximum determine.
  • these process steps are implemented in particular as a computer program.
  • Figure 1 shows schematically a part of a microfluidic analysis device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a flowchart of a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows a diagram of a relationship between a DNA concentration and a fluorescence intensity in an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 4a shows a diagram of a polynomial function that shows a relationship between a DNA concentration and a fluorescence intensity in an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 4b shows a diagram of the first derivative of the polynomial function according to Figure 4a.
  • Figure 1 shows elements of a microfluidic analysis device 10 according to an exemplary embodiment of the invention. These elements are partly arranged in a fluidic layer of a microfluidic cartridge and partly arranged in an analysis device which accommodates the microfluidic cartridge.
  • a first microfluidic channel 11 is arranged in the fluidic layer and opens into a first microfluidic chamber 12. It is designed to transport a first solution 21 into the first microfluidic chamber 12.
  • the first solution 21 is an aqueous solution of DNA in a buffer medium.
  • the concentration of DNA is unknown.
  • the first microfluidic chamber 12 is connected to a second microfluidic chamber 14 via a second microfluidic channel 13.
  • a second solution 22 is stored in the second microfluidic chamber 14.
  • the second solution 22 contains an intercalating fluorescent dye (for example contained in the QubitTM IX dsDNA HS Working Solution from Thermo Fisher Scientific).
  • the first microfluidic chamber 12 has a transparent window, above which a fluorescence sensor 15 of the analysis device is arranged.
  • the fluorescence sensor 15 has a light source to excite fluorescence in the first solution 21 and a sensor to detect the fluorescence response. It is connected to an electronic computing device 16, which is also connected to a pneumatic manifold, not shown, of the analysis device.
  • a pneumatic layer of the cartridge can be controlled via the pneumatic manifold in order to control liquid flows in the fluidic layer.
  • the sequence of a method according to an exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. This is implemented as a computer program in the electronic control unit 16.
  • the first solution 21 is first presented 31 in the first microfluidic chamber 12, in which it is pumped into it through the first microfluidic channel 11.
  • the first solution is then diluted 32 21 with the second solution 22, the dilution ratio in the present exemplary embodiment being 1:2.
  • the dilution is carried out by pumping part of the second solution 22 stored in the second microfluidic chamber 14 through a second microfluidic channel 13 into the first microfluidic chamber 12.
  • a fluorescence measurement is then carried out 33 on the first solution 21 using the fluorescence sensor 15.
  • the method steps 32 and 33 are repeated until a test 34 shows that six dilutions of the first solution were carried out and six fluorescence signals were recorded.
  • a polynomial function F is now fitted 42 to the fluorescence signals.
  • the fitted function F is shown in Figure 4a. This is followed by determining 43 a local maximum M of the function F by calculating the first derivative F 'of the function F. This is shown in Figure 4b.
  • the position of the maximum M in the function F in FIG. 4a is shown by means of a dashed line which connects FIG. 4b with FIG. 4a.
  • a local maximum M' of the first derivative F' of the function F is calculated. This can be done by taking the second derivative.
  • a test 44 now follows as to whether a local maximum M or M' was found. If this is the case as shown in Figures 4a and 4b, then the concentration C is determined 45 from the fluorescence signal h, which lies before the local maximum M or M '. The relationship between the Fluorescence intensity I and concentration C are produced by a reference measurement. A chamber with the reference sample is also arranged in the fluidic layer of the microfluidic cartridge, but is not shown in Figure 1.
  • the concentration C is determined 46 from the fluorescence signal from the first implementation 33 of the fluorescence measurement.
  • the method is ended 47.

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Abstract

Ein Verfahren zum Quantifizieren einer ersten Lösung, welche mindestens eine Nukleinsäure enthält, umfasst ein Verdünnen (32) der ersten Lösung mit einer zweiten Lösung, die mindestens einen interkalierenden Fluoreszenzfarbstoff enthält, ein Durchführen (33) einer Fluoreszenzmessung an der ersten Lösung, um ein Fluoreszenzsignal zu erhalten, ein Durchführen einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen der beiden vorhergehenden Schritte, ein Auftragen der Fluoreszenzsignale über einer Verdünnung der ersten Lösung, ein Fitten (42) einer Funktion an die Fluoreszenzsignale, ein Ermitteln (43) eines lokalen Maximums der Funktion oder ihrer ersten Ableitung, und ein Ermitteln (44) einer Konzentration der Nukleinsäure aus einem Fluoreszenzsignal, das vor dem lokalen Maximum liegt.

Description

VERFAHREN ZUM QUANTIFIZIEREN EINER NUKLEINSÄURELÖSUNG UND MIKROFLUIDISCHE ANALYSEVORRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Quantifizieren einer Lösung, welche mindestens eine Nukleinsäure enthält. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine mikrofluidische Analysevorrichtung, die eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens durchzuführen.
Stand der Technik
Zur Quantifizierung von DNA mittels interkalierendem Fluoreszenzfarbstoff wird der zu vermessenden DNA-Lösung eine definierte Menge des Fluoreszenzfarbstoffs, dessen Emission nach Interkalation oder Bindung von Nukleinsäuren deutlich zunimmt hinzugegeben, und dann die Fluoreszenzintensität gemessen. Häufig verwendete Fluoreszenzfarbstoffe hierbei sind Ethidiumbromid, Propidiumiodid, DAPI (4',6-diamidino-2- phenylindole), Cyaninfarbstoffe oder Cyanin-basierte Farbstoffe. Der gemessene Wert wird mit einem gleichermaßen gemessenen Standard verglichen und darüber die vorab unbekannte Menge an DNA ermittelt. Um zu gewährleisten, dass die Messung in einem Konzentrationsbereich erfolgt, in dem ein linearer Zusammenhang zwischen der DNA- Konzentration und der Fluoreszenzintensität besteht, wird zuvor die maximale und die minimale Menge an DNA definiert, welche mittels der Methode detektiert werden kann. Bei der Messung einer zu hoch konzentrierten Probe wird eine obere Grenze der Fluoreszenzintensität festgelegt. Wenn diese überschritten wurde, kann über die Intensitätsmessung nicht mehr direkt auf die Konzentration rückgeschlossen werden, da sie aus dem linearen Messbereich fällt. Die EP 3 266 880 Al beschreibt eine fluoreszenzbasierte Quantifizierung einer Zielnukleinsäure anhand eines Datensets einer quantitativen Amplifikation von Referenzproben und eines Datensets einer quantitativen Amplifikation der Zielnukleinsäure. Aus dem Datenset der Referenzproben wird eine Referenztabelle erzeugt, die zur Quantifizierung der Zielnukleinsäure herangezogen wird. Die Datensets beschreiben jeweils eine Kurve, die mit einer sigmoidalen Funktion gefittet wird.
Offenbarung der Erfindung
In dem Verfahren zum Quantifizieren einer ersten Lösung, welche mindestens eine Nukleinsäure, insbesondere DNA, enthält, erfolgt zunächst ein Verdünnen der ersten Lösung mit einer zweiten Lösung, die mindestens einen interkalierenden Fluoreszenzfarbstoff enthält. Unter einem intekalierenden Fluoreszenzfarbstoff wird insbesondere ein Fluoreszenzfarbstoff verstanden, dessen Emission nach Interkalation oder Bindung von Nukleinsäuren zunimmt. Verwendete Fluoreszenzfarbstoffe können insbesondere Ethidiumbromid, Propidiumiodid, DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole), Cyaninfarbstoffe oder Cyanin-basierte Farbstoffe sein. Dadurch wird nicht nur die Konzentration der Nukleinsäure in der ersten Lösung verringert, sondern sie wird zudem mit dem Fluoreszenzfarbstoff in Kontakt gebracht, sodass dieser in die Nukleinsäure interkalieren oder binden kann. Mechanismen, die zu so einem Verhalten führen, können sein: Versteifung der Molekülstruktur infolge Anbindung an das Nukleinsäuregerüst, wodurch weniger Vibrationsrelaxation und höhere Fluoreszenzquantenausbeuten entstehen und/oder Ladungsinduktion und stärkere Polarisierung durch Ankopplung an Nukleinsäuren (negativ geladene Nukleinbasen), wodurch höhere Dipolmomente für optische Übergänge mit der Folge stärkerer Absorption und Fluoreszenz (höhere Übergangsmatrixelemente) induziert werden. Anschließend erfolgt ein Durchführen einer Fluoreszenzmessung an der ersten Lösung, um ein Fluoreszenzsignal zu erhalten. Die Schritte des Verdünnens und des Durchführens der Fluoreszenzmessung werden mehrfach wiederholt, wobei die Anzahl der Wiederholungen vorgegeben ist. Nach jedem Verdünnen wird somit eine Fluoreszenzmessung an einer weniger konzentrierten Lösung der Nukleinsäure durchgeführt. Da die Konzentration der Nukleinsäure noch nicht bekannt ist, können die erhaltenen Fluoreszenzsignale noch keinen Konzentrationen der Nukleinsäure, sondern zunächst nur Verdünnungsstufen zugeordnet werden.
Nachdem die vorgegebene Anzahl von Verdünnungen und Fluoreszenzmessungen durchgeführt wurde, werden die Fluoreszenzsignale über einer Verdünnung der ersten Lösung aufgetragen. Auf der Abszisse werden also eine erste Verdünnungsstufe, eine zweite Verdünnungsstufe und so weiter aufgetragen, während auf der Ordinate die der jeweiligen Verdünnungsstufe zuzuordnenden Fluoreszenzintensitäten aufgetragen werden. Anschließend wird eine Funktion an die Fluoreszenzsignale gefittet. Bei dieser Funktion kann es sich insbesondere um sigmoidale, polynomische, exponentielle/potentielle oder logarithimsche Funktionen handeln. Es wird ein lokales Maximum der Funktion oder ein lokales Maximum einer ersten Ableitung der Funktion ermittelt. Dabei ist insbesondere das lokale Maximum zu wählen, welches zu der höchsten Verdünnungsstufe am nächsten ist. Dieses wir im Folgenden als relevantes lokales Maximum bezeichnet. Eine Konzentration der Nukleinsäure wird dann aus einem Fluoreszenzsignal ermittelt, das vor dem lokalen Maximum, insbesondere vor dem relevanten lokalen Maximum, liegt. „Vor“ bedeutet hierbei, dass die Verdünnungsstufe des Fluoreszenzsignals, das zum Ermitteln der Konzentration verwendet wird, höher ist, als die Verdünnungsstufe des lokalen Maximums. Das Ermitteln kann dabei insbesondere durch Vergleich mit einem gleichermaßen gemessenen Standard erfolgen.
Dieses Verfahren ermöglicht eine intrinsische Kontrolle darüber, welche Verdünnungsstufe optimal für eine Quantifizierung im linearen Bereich der Beziehung zwischen Nukleinsäurekonzentration und Fluoreszenzintensität liegt. Das Auftreten eines lokalen Maximums, insbesondere eines relevanten lokalen Maximums, der Funktion dient dabei als Indikator, um zu erkennen, dass der lineare Bereich verlassen wird. Das Verfahren ist also dazu geeignet, das Quantifizieren einer Lösung, welche eine Nukleinsäure enthält, in einem automatisierten, insbesondere mikrofluidischen System, vorzunehmen, in dem ein manuelles Verdünnen und anschließendes erneutes Vermessen der Lösung nicht möglich ist. Dieses Ziel könnte nicht in einfacherer Weise durch das Festlegen einer maximalen Fluoreszenzintensität erreicht werden, ab der von einem Verlassen des linearen Bereiches auszugehen ist, da es aufgrund von Interferenzen mancher Fluoreszenzfarbstoffe, zum Beispiel Fluorophore, zu geringeren Messwerten kommen könnte.
Die Schritte des Verdünnens und des Durchführens der Fluoreszenzmessung werden vorzugsweise jeweils mindestens viermal wiederholt. Dadurch wird sichergestellt, dass ausreichend Fluoreszenzsignale zur Verfügung stehen, um zum einen die Funktion zu fitten und zum anderen einen für die Konzentrationsermittlung geeigneten Messwert unterhalb des lokalen Maximums aufzufinden.
Das Ermitteln der Konzentration erfolgt vorzugsweise aus einem Fluoreszenzsignal, das mindestens zwei Verdünnungsstufen vor dem lokalen Maximum, insbesondere vor dem relevanten lokalen Maximum, liegt. Eine weitere vorzugsweise Ermittlung der Konzentration kann auch an derjenigen Verdünnungsstufe erfolgen, welche dem Punkt mit der höchsten positiven Steigung vor dem lokalen Maximum, insbesondere vor dem relevanten lokalen Maximum, am nächsten liegt. Bei Verwendung des Fluoreszenzsignals, das unmittelbar vor dem lokalen Maximum, insbesondere vor dem relevanten lokalen Maximum, liegt, bestände die Gefahr, dass dieses bereits außerhalb des Bereichs einer linearen Beziehung zwischen der Konzentration der Nukleinsäure und der Fluoreszenzintensität liegt. Ein noch weiter vor dem lokalen Maximum liegendes Fluoreszenzsignal würde bereits hingegen eine unnötig hohe Verdünnung aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das lokale Maximum der Funktion, insbesondere das relevante lokalen Maximum, aus einer ersten Ableitung der Funktion ermittelt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das lokale Maximum der ersten Ableitung der Funktion, insbesondere das relevante lokalen Maximum, aus der zweiten Ableitung der Funktion ermittelt.
Wenn sich herausstellt, dass die Funktion und ihre erste Ableitung kein lokales Maximum, insbesondere kein relevantes lokales Maximum, aufweist, dann liegen alle gemessenen Fluoreszenzsignale im Bereich eines linearen Zusammenhangs zwischen der Nukleinsäurekonzentration und der Fluoreszenzintensität. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Konzentration aus dem Fluoreszenzsignal der ersten Durchführung der Fluoreszenzmessung ermittelt wird, da die erste Lösung bei dieser Messung noch am wenigsten verdünnt ist.
Das Verfahren kann zum Betreiben einer mikrofluidischen Analysevorrichtung verwendet werden, die eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens durchzuführen. Hierzu weist die mikrofluidische Analysevorrichtung zum einen bauliche Mittel auf, um die Schritte des Verdünnens und des Durchführens der Fluoreszenzmessung wiederholt durchführen zu können. Zum anderen weist sie Mittel auf, um die Fluoreszenzsignale über der Verdünnung der ersten Lösung aufzutragen, eine Funktion an die Fluoreszenzsignale zu fitten, ein lokales Maximum der Funktion zu ermitteln und eine Konzentration der Nukleinsäure aus dem Fluoreszenzsignal, das vor dem lokalen Maximum liegt, zu ermitteln. Hierzu sind diese Verfahrensschritte insbesondere als Computerprogramm implementiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch einen Teil einer mikrofluidischen Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 3 zeigt in einem Diagramm einen Zusammenhang zwischen einer DNA- Konzentration und einer Fluoreszenzintensität in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 4a zeigt in einem Diagramm eine polynomische Funktion, die einen Zusammenhang zwischen einer DNA- Konzentration und einer Fluoreszenzintensität in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt. Figur 4b zeigt in einem Diagramm die erste Ableitung der polynomischen Funktion gemäß Figur 4a.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Figur 1 zeigt Elemente einer mikrofluidischen Analysevorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Elemente sind teilweise in einer Fluidikschicht einer mikrofluidischen Kartusche angeordnet und teilweise in einem Analysegerät angeordnet, welches die mikrofluidische Kartusche aufnimmt. In der Fluidikschicht ist ein erster mikrofluidischer Kanal 11 angeordnet, der in einer ersten mikrofluidischen Kammer 12 mündet. Er ist dazu eingerichtet, um eine erste Lösung 21 in die erste mikrofluidische Kammer 12 zu transportieren. Bei der ersten Lösung 21 handelt es sich um eine wässrige Lösung von DNA in einem Puffermedium. Die Konzentration der DNA ist unbekannt. Über einen zweiten mikrofluidischen Kanal 13 ist die erste mikrofluidische Kammer 12 mit einer zweiten mikrofluidischen Kammer 14 verbunden. In der zweiten mikrofluidischen Kammer 14 ist eine zweite Lösung 22 bevorratet. Die zweite Lösung 22 enthält einen interkalierenden Fluoreszenzfarbstoff (beispielsweise enthalten in der Qubit™ IX dsDNA HS Working Solution von Thermo Fisher Scientific). Die erste mikrofluidische Kammer 12 weist ein transparentes Fenster auf, oberhalb dessen ein Fluoreszenzsensor 15 des Analysegeräts angeordnet ist. Der Fluoreszenzsensor 15 verfügt über eine Lichtquelle, um Fluoreszenz in der ersten Lösung 21 anzuregen, und über einen Sensor, um die Fluoreszenzantwort zu detektieren. Er ist mit einem elektronischen Rechengerät 16 verbunden, das außerdem mit einem nicht dargestellten Pneumatikmanifold des Analysegeräts verbunden ist. Über das Pneumatikmanifold kann eine Pneumatikschicht der Kartusche angesteuert werden, um so Flüssigkeitsströme in der Fluidikschicht zu steuern.
In Figur 2 ist der Ablauf eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dieses ist als Computerprogramm im elektronischen Steuergerät 16 implementiert. Nach dem Start 30 des Verfahrens erfolgt zunächst ein Vorlegen 31 der ersten Lösung 21 in der ersten mikrofluidischen Kammer 12, in dem diese durch den ersten mikrofluidischen Kanal 11 in diese hineingepumpt wird. Anschließend erfolgt ein Verdünnen 32 der ersten Lösung 21 mit der zweiten Lösung 22, wobei das Verdünnungsverhältnis im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1:2 beträgt. Das Verdünnen erfolgt, indem ein Teil der in der zweiten mikrofluidischen Kammer 14 bevorrateten zweiten Lösung 22 durch einen zweiten mikrofluidischen Kanal 13 in die erste mikrofluidische Kammer 12 gepumpt wird. Anschließend erfolgt ein Durchführen 33 einer Fluoreszenzmessung an der ersten Lösung 21 mittels des Fluoreszenzsensors 15. Die Verfahrensschritte 32 und 33 werden so oft wiederholt, bis eine Prüfung 34 ergibt, dass sechs Verdünnungen der ersten Lösung durchgeführt wurden und sechs Fluoreszenzsignale aufgenommen wurden.
Nun erfolgt ein Aufträgen 41 der Fluoreszenzsignale über eine Verdünnung der ersten Lösung. Figur 3 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der Konzentration C von DNA in der ersten Lösung 21 und den gemessenen Fluoreszenzintensitäten I in relativen Einheiten (RFU = relative fluorescence unit). Es ist erkennbar, dass nur für die drei niedrigsten Konzentrationen ein linearer Zusammenhang zwischen der Konzentration C und der Fluoreszenzintensität I besteht. Da die Konzentration C noch nicht bekannt ist, erfolgt die Auftragung stattdessen über Verdünnungsstufen. Dabei entspricht die größte in Figur 3 dargestellte Konzentration C von 5 ng/l der ersten Verdünnungsstufe und jede darauffolgende Halbierung der Konzentration C entspricht einer weiteren Verdünnungsstufe.
Nun erfolgt ein Fitten 42 einer polynomischen Funktion F an die Fluoreszenzsignale. Die gefittete Funktion F ist in Figur 4a dargestellt. Es folgt ein Ermitteln 43 eines lokalen Maximums M der Funktion F, indem die erste Ableitung F‘ der Funktion F berechnet wird. Dies ist in Figur 4b dargestellt. Mittels einer gestrichelten Linie, welche die Figur 4b mit der Figur 4a verbindet, ist die Lage des Maximums M in der Funktion F in Figur 4a dargestellt. Alternativ wird ein lokales Maximum M‘ der ersten Ableitung F‘ der Funktion F berechnet. Dies kann durch Bilden der zweiten Ableitung erfolgen.
Es folgt nun eine Prüfung 44, ob ein lokales Maximum M oder M‘ gefunden wurde. Wenn dies wie in Figur 4a und 4b dargestellt ist, der Fall ist, dann folgt ein Ermitteln 45 der Konzentration C aus dem Fluoreszenzsignal h, das vor dem lokalen Maximum M oder M‘ liegt. Die Beziehung zwischen der Fluoreszenzintensität I und der Konzentration C wird dabei durch eine Referenzmessung hergestellt. Eine Kammer mit der Referenzprobe ist ebenfalls in der Fluidikschicht der mikrofluidischen Kartusche angeordnet, in Figur 1 jedoch nicht dargestellt.
Sollte die Prüfung 44 ergeben, dass kein lokales Maximum M oder M‘ gefunden wurde, so erfolgt ein Ermitteln 46 der Konzentration C aus dem Fluoreszenzsignal der ersten Durchführung 33 der Fluoreszenzmessung.
Nachdem die Konzentration C durch einen der Verfahrensschritte 45 oder 46 ermittelt wurde, wird das Verfahren beendet 47.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Quantifizieren einer ersten Lösung (21), welche mindestens eine Nukleinsäure enthält, aufweisend die folgenden Schritte: a) Verdünnen (32) der ersten Lösung (21) mit einer zweiten Lösung (22), die mindestens einen interkalierenden Fluoreszenzfarbstoff enthält, b) Durchführen (33) einer Fluoreszenzmessung an der ersten Lösung (21), um ein Fluoreszenzsignal zu erhalten, c) Durchführen einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen der Schritte a) und b), d) Aufträgen (41) der Fluoreszenzsignale über einer Verdünnung der ersten Lösung, e) Fitten (42) einer Funktion (F) an die Fluoreszenzsignale, f) Ermitteln (43) eines lokalen Maximums (M, M‘) der Funktion (F) oder ihrer ersten Ableitung (F‘), und g) Ermitteln (45) einer Konzentration (C) der Nukleinsäure aus einem Fluoreszenzsignal, das vor dem lokalen Maximum (M, M‘) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) jeweils mindestens viermal wiederholt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln (44) der Konzentration aus einem Fluoreszenzsignal (h) erfolgt, das mindestens zwei Verdünnungsstufen vor dem lokalen Maximum (M, M‘) liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Maximum (M) der Funktion (F) aus der ersten (F‘) Ableitung der Funktion (F) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Maximum (M‘) der ersten (F‘) Ableitung der Funktion (F) aus der zweiten (F“) Ableitung der Funktion (F) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ermitteln (46) der Konzentration (C) aus einem Fluoreszenzsignal der ersten Durchführung der Fluoreszenzmessung erfolgt, wenn die Funktion (F) und ihre erste Ableitung (F‘) kein lokales Maximum (M, M‘) aufweisen.
7. Mikrofluidische Analysevorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
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